(57)【要約】【課題】プレイグニッションや点火プラグのくすぶり状態を正確に検出して内燃機関の燃焼を最適に制御できる点火制御装置を提供する。【解決手段】点火プラグＰＧ１〜ＰＧ４が、順番に点火タイミングを迎えるよう構成された直列Ｎ気筒の内燃機関において、二次コイルＬ２の誘起電圧を点火プラグＰＧに供給する点火トランスと、一次コイルＬ１の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子Ｑと、コンデンサＣがツェナーダイオードＺＤの降伏電圧のレベルに充電されるバイアス回路Ｂｉと、コンデンサＣの放電電流を検出する信号検出回路ＤＥＴと、を有する検出装置〜ＥＱＵ４を４組設け、各点火プラグＰＧ１〜ＰＧ４には、先行して直近に点火タイミングを迎える点火プラグに対応する制御回路のバイアス回路Ｂｉが、各々接続される。【選択図】図１
2010255452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数Ｎ個の点火プラグが、順番に点火タイミングを迎えるよう構成された直列Ｎ気筒の内燃機関において、
一次コイルに電磁結合された二次コイルの誘起電圧を点火プラグに供給する点火トランスと、前記一次コイルの電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子と、コンデンサ及びツェナーダイオードが並列接続されて構成され、前記コンデンサが前記ツェナーダイオードの降伏電圧のレベルに充電されるバイアス回路と、前記コンデンサの放電電流を検出する電流検出回路と、を有する制御回路をＮ組設け、
前記点火プラグには、先行して直近に点火タイミングを迎える点火プラグに対応する制御回路のバイアス回路が、各々接続されていることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
【請求項２】
Ｎ個の制御回路は、全て同一の回路構成を有する請求項１に記載の点火制御装置。
【請求項３】
全ての制御回路において、二次コイルと点火プラグとは、逆方向の点火放電を防止するダイオードを経由して接続されている請求項１又は２に記載の点火制御装置。
【請求項４】
前記点火プラグと、前記バイアス回路とは、前記点火プラグの点火放電方向のコンデンサ放電電流が流れるようダイオードが接続されている請求項１〜３の何れかに記載の点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグの放電動作中であっても、燃焼室のイオン電流を正確に検出して、内燃機関の燃焼を最適に制御できる点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンなどの内燃機関では、燃焼室に導入した空気及び燃料の混合気を、点火プラグの点火放電により燃焼させることでエネルギーを発生させている。このような内燃機関では、燃焼時、燃焼室内の分子がイオン化するので、点火プラグに高電圧を印加することで、イオン電流を取得することが可能となる。このようなイオン電流検出装置としては、例えば、特許文献１に記載の回路構成が知られている。
【０００３】
図４は、特許文献１の回路構成を図示したものであり、スイッチング素子ＱのＯＦＦ遷移時に、点火トランスの二次コイルＬ２に図示の向きの高電圧を発生させることで、点火プラグＰＧが放電している。また、このＯＦＦ遷移時には、一次コイルＬ１→抵抗Ｒ１１→ツェナーダイオードＺＤ１１及びコンデンサＣ１１→ダイオードＤ２２の経路でコンデンサＣ１１が充電される。そして、その後、点火プラグＰＧの両端電圧が降下すると、コンデンサＣ１１の両端電圧をバイアス電源として、破線の向きにイオン電流ｉが流れ、ＯＰアンプ３０から検出信号Ｒｆ＊ｉが出力されることになる。そのため、図４の回路構成によれば、専用のセンサを設けることなくイオン電流を検出できる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８０９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この回路構成では、点火プラグの電圧がコンデンサＣ１１の両端電圧以下まで降下するまでは、イオン電流を検出できないので、第１点火目の自己着火を検出できないという問題がある。また２点火目以降においても印加後の燃焼イオンによって、コンデンサ容量に蓄積された印加電圧を消費してしまう為、安定したプレイグ検出が行なえない。また点火プラグのくすぶりについても、燃焼イオン発生後でしか、くすぶりを判定できず、プレイグ同様の理由により、安定したくすぶり判定が出来ないという問題もある。
【０００６】
また、混合気を高圧縮して自己着火させるＨＣＣＩ方式(Homogeneous-Charge Compression-Ignition)では、燃焼が一気に開始されるので、従来の回路構成では、イオン電流を正確に検出できないおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、プレイグニッションや点火プラグのくすぶり状態などを正確に検出して内燃機関の燃焼を最適に制御できる点火制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明に係る点火制御装置は、複数Ｎ個の点火プラグが、順番に点火タイミングを迎えるよう構成された直列Ｎ気筒の内燃機関において、一次コイルに電磁結合された二次コイルの誘起電圧を点火プラグに供給する点火トランスと、前記一次コイルの電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子と、コンデンサ及びツェナーダイオードが並列接続されて構成され、前記コンデンサが前記ツェナーダイオードの降伏電圧のレベルに充電されるバイアス回路と、前記コンデンサの放電電流を検出する電流検出回路と、を有する制御回路をＮ組設け、前記点火プラグには、先行して直近に点火タイミングを迎える点火プラグに対応する制御回路のバイアス回路が、各々接続されている。
【０００９】
Ｎ個の制御回路は、好ましくは、全て同一の回路構成を有するべきであるが、何れにしても、全ての制御回路において、二次コイルと点火プラグとは、逆方向の点火放電を防止するダイオードを経由して接続されているのが好ましい。また、前記点火プラグと、前記バイアス回路とは、前記点火プラグの点火放電方向のコンデンサ放電電流が流れるようダイオードが接続されているのが効果的である。
【発明の効果】
【００１０】
上記した本発明によれば、Ｎ個の点火プラグには、先行して直近に点火タイミングを迎える点火プラグに対応する制御回路のバイアス回路が、各々接続されているので、プレイグニッションやくすぶり状態を確実に検出することができる。
【００１１】
また、ＨＣＣＩ方式を採用した内燃機関であっても、複数Ｎ個のスイッチング素子を順番にＯＮ／ＯＦＦ制御して、下流側のバイアス回路を先行して充電することができるので、点火プラグが自己着火しても、イオン電流を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例に係る点火制御装置を示す回路図である。
【図２】くすぶり状態の検出状態を説明する図面である。
【図３】プレイグニッションの検出状態を説明する図面である。
【図４】従来のイオン電流検出装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１（ａ）は、４サイクル直列４気筒エンジンに、同一構成のイオン電流検出装置ＥＱＵ１〜ＥＱＵ４を設けた実施例であり、４個のイオン電流検出装置ＥＱＵ１〜ＥＱＵ４と、これを制御するＥＣＵ(Engine Control Unit)とで、本実施例の点火制御装置が構成される。なお、この直列４気筒エンジンでは、気筒＃１→気筒＃３→気筒＃４→気筒＃２の順番に点火タイミングを迎えるので、図１（ａ）では、イオン電流検出装置ＥＱＵ１〜ＥＱＵ４を、点火タイミングの順番で記載している。
【００１４】
図示の通り、イオン電流検出装置ＥＱＵ１〜ＥＱＵ４は、何れも、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とが電磁結合されてなる点火トランスと、ＥＣＵから受ける点火パルスＳＧ（ＳＧ１〜ＳＧ４）に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作するスイッチング素子Ｑと、コンデンサＣ及びツェナーダイオードＺＤが並列接続されて構成されるバイアス回路Ｂｉと、コンデンサＣの放電電流を検出する信号検出回路ＤＥＴ（ＤＥＴ１〜ＤＥＴ４）と、を有して構成されている。
【００１５】
一次コイルＬ１と二次コイルＬ２は、一端部が互いに接続されてバッテリ電圧を受けている。そして、一次コイルＬ１の他端部は、スイッチング素子Ｑに接続され、二次コイルＬ２の他端部は、ダイオードＤ１を経由して、対応する点火プラグＰＧに接続されている。ダイオードＤ１は、逆方向放電を阻止するための素子であり、バッテリ→二次コイルＬ２→ダイオードＤ１→点火プラグＰＧの方向の放電電流だけが許容される。
【００１６】
スイッチング素子Ｑとしては、例えば、ＩＧＢＰ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が使用されるが、ここでは、説明の都合上、通常のトランジスタであるとする。このような場合、スイッチング素子Ｑのベース端子に、ＥＣＵから点火パルスＳＧが供給され、エミッタ端子は、グランドに接続され、コレクタ端子は、一次コイルＬ１に接続される。
【００１７】
また、コレクタ端子は、ダイオードＤ３を経由してバイアス回路Ｂｉのプラス側に接続される。また、バイアス回路Ｂｉのマイナス側は、ダイオードＤ４を経由してグランドに接続される。そして、バイアス回路Ｂｉのマイナス側は、信号検出回路ＤＥＴの入力端子に接続されている。ダイオードＤ３は、逆方向電流を阻止するための素子であり、スイッチング素子ＱのＯＮ動作に拘わらず、コンデンサＣの充電電荷が放電されることはない。また、ダイオードＤ３は、ツェナーダイオードＺＤの降伏時、コンデンサＣの充電電流が流れるよう接続されており、信号検出回路ＤＥＴに過大な入力電圧が加わることはない。
【００１８】
信号検出回路ＤＥＴは、例えば、ＯＰアンプによる反転増幅回路で構成され（図１（ｂ）参照）、燃焼室に流れるイオン電流が、コンデンサＣの放電電流として帰還抵抗Ｒｆに流れることで、信号検出回路ＤＥＴからは、イオン電流ｉに比例した検出電圧ＩＯＮ（ＩＯＮ１〜ＩＯＮ４）が出力される。なお、出力された検出電圧ＩＯＮは、ＥＵＣに供給されて解析されて、その後の燃焼制御に反映される。
【００１９】
ところで、各イオン電流検出装置ＥＱＵ１〜ＥＱＵ４のバイアス回路Ｂｉは、そのプラス側が、ダイオードＤ２を経由して、点火タイミングが１つ遅れる点火プラグＰＧに接続されている。言い換えると、点火プラグＰＧ１〜ＰＧ４には、先行して直近に点火タイミングを迎える点火プラグに対応するイオン電流検出装置ＥＱＵ１〜ＥＱＵ４のバイアス回路Ｂｉが、各々接続されている。
【００２０】
具体的には、イオン電流検出装置ＥＱＵ１のバイアス回路は、直近下流側の点火プラグＰＧ３に接続され、イオン電流検出装置ＥＱＵ３のバイアス回路は、直近下流側の点火プラグＰＧ４に接続され、イオン電流検出装置ＥＱＵ４のバイアス回路は、直近下流側の点火プラグＰＧ２に接続され、イオン電流検出装置ＥＱＵ２のバイアス回路は、直近下流側の点火プラグＰＧ１に接続されている。
【００２１】
本実施例では、このような独特の接続法を採るので、本来の点火放電タイミングに先行して燃焼を開始するプレイグニッション状態であっても、その時のイオン電流信号を検出することができる。なお、プレイグニッションとは、プラグ電極が熱源となって、本来の点火放電の前に混合気が着火状態になる現象を意味する。また、点火プラグに煤などが付着しているため、点火放電タイミングに先行して燃焼を開始される「くすぶり状態」であっても、そのことを検出することができる。
【００２２】
以下、このような優れた効果を発揮する実施例の回路動作について、図１（ｃ）に示すタイムチャートに基づいて説明する。なお、図１（ｃ）は、正常な燃焼状態についてのタイムチャートである。
【００２３】
図示の通り、気筒＃１→気筒＃３→気筒＃４→気筒＃２の順番に点火タイミングを迎えるので、ＳＧ１→ＳＧ３→ＳＧ４→ＳＧ２→ＳＧ１・・・の順番で点火パルスＳＧ１〜ＳＧ３が、該当するスイッチング素子Ｑに各々供給される。例えば、点火パルスＳＧ１はタイミングＴ１で立上り、タイミングＴ２で立下がる。なお、この２つのタイミングＴ１，Ｔ２では、全ての信号検出回路ＤＥＴ１〜ＤＥＴ４から、同期して急峻な正方向パルスが検出される。
【００２４】
この点はさておき、点火パルスＳＧ１が立下がると（タイミングＴ２）、一次コイルＬ１に誘起される電圧に基づいて、一次コイルＬ１→ダイオードＤ３→バイアス回路Ｂｉ→ダイオードＤ４の向きで、コンデンサＣが、ほぼ瞬間的に充電される。なお、コンデンサＣにツェナーダイオードＺＤが並列接続されているので、コンデンサＣは、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧のレベルまで充電される。
【００２５】
また、この立下り時（タイミングＴ２）には、二次コイルＬ２に誘起される高電圧に基づいて、二次コイルＬ２→ダイオードＤ１→第１気筒（＃１）の点火プラグＰＧ１の向きで点火放電電流が流れる。そして、点火プラグＰＧ１には、第２気筒（＃２）のバイアス回路Ｂｉのバイアス電圧が供給されているため、点火プラグＰＧ１の点火放電後、その両端電圧が適宜なレベルまで降下すると（タイミングＴ２’）、図示の破線に示すように、検出装置ＥＱＵ２のコンデンサＣ→検出装置ＥＱＵ１のダイオードＤ２→点火プラグＰＧ１→グランドの経路でイオン電流が流れる。そして、このイオン電流に比例した検出電圧ＩＯＮ１が、第２気筒（＃２）に対応する信号検出回路ＤＥＴ２から出力される。
【００２６】
その後の動作も同じであり、点火パルスＳＧ３の立下り時（タイミングＴ４）にも、二次コイルＬ２に誘起される高電圧に基づいて、二次コイルＬ２→ダイオードＤ１→第３気筒（＃３）の点火プラグＰＧ３の向きで点火放電電流が流れる。そして、このタイミングでは、先行して点火放電をした第１気筒（＃１）のバイアス回路Ｂｉのバイアス電圧が、点火プラグＰＧ３に供給されているため、点火プラグＰＧ３の点火放電後、その両端電圧が適宜なレベルまで降下すると（タイミングＴ４’）、図示の破線に示すように、検出装置ＥＱＵ１のコンデンサＣ→検出装置ＥＱＵ３のダイオードＤ２→点火プラグＰＧ３→グランドの経路でイオン電流が流れる。そして、このイオン電流に比例した検出電圧ＩＯＮ３が、第１気筒（＃１）に対応する信号検出回路ＤＥＴ１から出力される。
【００２７】
以下、同様であり、第４気筒（＃４）のイオン電流に比例した検出電圧ＩＯＮ４は、第３気筒（＃３）に対応する信号検出回路ＤＥＴ３から出力され、第２気筒（＃２）のイオン電流に比例した検出電圧ＩＯＮ２は、第４気筒（＃４）に対応する信号検出回路ＤＥＴ４から出力される。
【００２８】
なお、このようにして点火サイクル毎に取得されるイオン電流検出信号ＩＯＮ１〜ＩＯＮ４は、ＥＣＵに供給されることで適宜な燃焼制御が実現される。
【００２９】
続いて、本実施例によれば、点火プラグのくすぶり状態を確実に検出できることを、図２に基づいて説明する。ここでは、第２気筒（＃２）の点火プラグＰＧ２がくすぶり状態であると仮定する。
【００３０】
このような場合、点火プラグＰＧ２には、点火パルスＳＧ４の立上り時（タイミングＴ５）に、検出装置ＥＱＵ４のダイオードＤ３を経由して正電圧が加わる。また、検出装置ＥＱＵ４のコンデンサＣが充電される点火パルスＳＧ４の立下り時（タイミングＴ６）にも、タイミングＴ５の時より高い電圧が、点火プラグＰＧ２に加わる。そのため、タイミングＴ５以降、信号検出回路ＤＥＴ３から、何らかの検出信号が検出されることで、点火プラグＰＧ２のすくぶり状態を把握することができる。
【００３１】
次に、例えば、第４気筒（＃４）の点火プラグＰＧ４において、プレイグニションが生じた場合について説明する。点火プラブＰＧ４のプラグ電極が熱源となって、本来の点火放電のタイミングＴ６に先行して、混合気が着火状態となったと仮定する。本実施例によれば、点火パルスＳＧ３が立下がった以後（タイミングＴ４以後）は、点火プラグＰＧ４に高電圧が供給されているので、混合気が着火して燃焼反応が生じるタイミングＴ５’では、破線で示すように、検出装置ＥＱＵ３のコンデンサＣ→検出装置ＥＱＵ４のダイオードＤ２→点火プラグＰＲ４→グランドの経路でイオン電流が流れ、この電流に比例した検出電圧ＩＯＮ３が、信号検出回路ＤＥＴ３から出力されることでＥＵＣはプレイグニッションの発生を把握することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施例について説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではない。
【符号の説明】
【００３３】
Ｌ１            一次コイル
Ｌ２            二次コイル
Ｑ              スイッチング素子
ＺＤ            ツェナーダイオード
Ｂｉ            バイアス回路
ＤＥＴ          信号検出回路
ＰＧ１〜ＰＧ４  点火プラグ
【図１】
2010255452.tif 000003
【図２】
2010255452.tif 000004
【図３】
2010255452.tif 000005
【図４】
2010255452.tif 000006